基于資源三號衛星融合影像的地形圖修測技術

林亞斌，賈永紅，于 寧，劉亞男，白建榮

（1. 云南省航測遙感信息院，云南 昆明 650034；2.武漢大學 遙感信息工程學院，湖北 武漢 430079；3.甘肅省地圖院 ，甘肅 蘭州 730050）

1∶5萬數字地形數據庫是國家基礎地理空間數據庫核心組成部分，是應用最廣的基礎地理空間數據庫[1,2]。為保持其地圖數據的現勢性和數據精度，我國1∶5萬基礎地理信息數據庫更新周期將縮短為1 a，每年對2012版國家1∶5 萬地形數據庫的重點要素進行動態更新，其現勢性能夠更加全面、準確地反映地表自然和人文地理要素的空間分布、特征及其相互關系，能更好地服務于經濟社會發展對地理信息資源現勢性的要求[3]。2012年1月9日，我國首顆高精度民用立體測繪衛星——資源三號衛星在山西太原衛星發射中心發射成功，它配置了三線陣全色相機和多光譜相機，3臺全色相機按照前視、正視、后視的方式形成同軌三鏡頭拍攝，可以得到地面的三維立體信息[4]。為充分發揮我國第一顆民用高分辨率立體測繪衛星影像的作用，利用該衛星影像直接進行地形圖修測減少工作量，降低成本，縮短成圖周期和提高地圖更新速度，設計了基于資源三號衛星融合影像修測1∶5萬地形圖的方案，進行了1∶5萬地形圖修測試驗，為資源三號衛星影像用于地圖修測提供一套切實可行的解決方案。

1 資源三號衛星影像修測地圖技術

根據資源三號測繪衛星影像特點，設計的1∶5萬、1∶2.5萬地形圖修測方案如圖1所示。在對測區資料收集、整理的基礎上，按圖1設計方案首先對資源三號衛星影像進行輻射校正、幾何校正[5]；其次對資源三號全色影像和多光譜影像進行配準、融合，獲得融合影像；然后利用修測軟件Mapstore將融合影像和矢量圖配準疊加，采用人機互交的方式對變化居民地、道路、水系等要素進行修測，最后對修測的地形圖進行外業檢核、質量檢查、效果評定等。

圖1 地形圖修測方案示意圖

獲取遙感正射融合影像的過程主要包括地面控制點（簡稱GCP）的選取、全色波段衛星影像正射糾正、多光譜影像數據配準、影像融合、影像增強與調色、多景影像的鑲嵌等6個方面， 如圖2所示。其中多光譜影像數據配準是利用已經糾正的全色影像對多光譜影像進行幾何糾正和重采樣，這里采用基于改進的SIFT特征匹配算法快速實現高精度影像配準[6]。

資源三號全色影像與多光譜影像融合采用Pansharpening融合方法，它是一種基于統計的自動融合方法，在融合過程中考慮了傳感器成像特性，對同源影像融合效果好[7]。

圖2 正射融合影像制作的流程圖

2 地形圖修測試驗與分析

地形圖修測試驗數據為2012-02-01獲取的覆蓋甘肅省金昌市市區的資源三號衛星全色和多光譜影像，按照設計方案首先對影像進行輻射、幾何處理，并進行了配準、融合。然后，采用Mapstore軟件將其與DLG數據進行疊加、套合，以融合影像為底圖，對居民地、水系、道路等要素進行修測，最后對修測結果進行了評價。

2.1 居民地的修測

對于居民地而言，通過修測來正確表示居民地的位置、居民地分布形式、居民地的類型以及居民地與其他要素之間的關系。在1∶5萬地形圖的表示中，居民地可分為3種形態：街區式、散列面狀式和散列點狀式。修測居民區時候可以刪除原有地圖的房屋暈線，讓壓蓋在居民地符號下的影像更為清楚。 然后根據影像提供的信息對原有的居民地符號進行編輯、刪除或添加。在地形圖修測過程中對于邊界清楚的規則的街區式居民地，在影像上可以清楚地看到邊角，采用3點畫矩形的方法即可完成修測。影像清晰度不高時，要根據影像紋理認真判定，以便精確地確定居民地類別和大小。如圖3所示為修測的居民地表示。

圖3 居民地修測圖

對被云霧遮擋的建筑物，無法直接判讀建筑物的邊界，則需要實地采集建筑物的邊界線數據，然后完成修測。

2.2 道路的修測

在城鎮化進程中，道路建設發展迅猛。保持道路信息現勢性，首先要有新的道路信息。新的道路信息包括新增加道路的相關信息、道路的等級變更及路段的改變或廢棄等。清晰的影像是進行正確判讀的必要條件，圖4中對于新增的道路信息，在數字影像上對其進行提取后導入數字地圖中即可完成更新。對于居民地內部的道路，對影像上其邊界線的判讀比較困難時，需進行外業實地調繪、實測來更新。道路等級提高時，僅需修改其屬性及拓撲關系，這與增加信息時使用的方法類似。

圖4 邊界線清楚的道路及其修測圖

2.3 水體的修測

水體包括自然水體和人工水體。前者如河流、湖泊等；后者有池塘、人工湖等。在一般情況下，水體的水涯線在進行修測時，對比相關水位資料，若水位變化不大，則直接按照遙感影像上的水位測定，如圖5。若水位與常水位相差較大（如枯水期、豐水期等就會有較大的變化），則要根據歷年的資料，結合實際情況以常水位作為水體的水涯線。

完成地形圖要素修測后，必須進行精度檢查，以便分析其質量是否達到相應的精度要求。這里對地形圖修測結果的質量檢查主要包括幾何精度（位置精度）和屬性2個方面。

為了科學評定修測精度，在試驗區1∶5萬修測圖上選取了分布均勻的30個檢查點用于精度評定，通過比較修測圖上檢查點的坐標和DLG圖上同名點的坐標，經統計分析得到：

從平面幾何精度上來看，修測成果已經達到了1∶5萬地形圖精度要求，資源三號衛星影像可以用于1∶5萬地形圖修測。

圖5 水涯線清楚的水體示意圖

3 結 語

本文設計的基于資源三號衛星融合影像1∶5萬地形圖修測試驗方案是合理的，采用Mapstore軟件修測1∶5萬地形圖幾何精度滿足要求，資源三號衛星融合影像對各種地理要素解譯性好，表明資源三號衛星融合影像能用于1∶5萬比例尺地形圖修測，并提供了一套1∶5萬比例尺地形圖修測途徑。

[1]隋玉川，師飛.淺談遙感影像在地形圖修測方面的應用[J].測繪與空間地理信息. 2010，33(1)：14-16

[2]劉云峰.利用遙感影像更新1∶5萬核心矢量地形數據技術方案及問題探討[J].測繪通報，2003，32(11)：26-28

[3]簡燦，阮紅利. 利用高分辨率的遙感衛星影像更新1∶1萬比例尺數字地形圖的研究[J]. 福建師范大學學報：自然科學版，2007，23(3)：10-13

[4]劉永波,張振洲,黃會永. Google Earth在地形圖修測中的應用[J].地球，2013 (2):121-123

[5]孫承志，唐新民. 我國第一顆民用立體測繪衛星——資源三號及其應用[J].中國航天,2009，23(9):3-5

[6]張謙, 賈永紅, 胡忠文. 多源遙感影像配準中的SIFT特征匹配改進[J]. 武漢大學學報：信息科學版，2013,38(4):455-459

[7]賈永紅，祝夢花，刁永洲，等. 資源三號衛星融合數據的核線影像生成[J]. 應用科學學報，2013，32(1):10-15